一种基于衍射光栅的激光光束脉冲时序合成装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及激光技术领域，提供了一种基于衍射光栅的激光光束脉冲时序合成装置。所述合成装置中包括多个脉冲激光器组以及与所述脉冲激光器组对应的光栅。其中，当光栅运动到与其对应的脉冲激光器组的工作位置时，同步控制装置向所述脉冲激光器组发出指令，触发其输出脉冲激光，使得所述脉冲激光在所述光栅的衍射作用下进入预设的主光路。除此以外，光栅不在所述脉冲激光器组的工作位置时，不阻挡其他脉冲激光器组输出的脉冲激光进入主光路。本发明专利技术将光谱合成技术与机械式时序合成技术相结合，在不需要减小各子激光波长间隔并且不增加衍射光栅的个数的前提下，提高了脉冲激光的合成路数并保持优良的光束质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于衍射光栅的激光光束脉冲时序合成装置
本专利技术涉及激光
，尤其涉及一种基于衍射光栅的激光光束脉冲时序合成装置。
技术介绍
一般来说，单台激光器随着输出功率的提高，其光束质量将非线性下降，因此采用将多束激光合成为一束是获得高功率高光束质量激光的重要方法。目前的激光光束合成技术主要包括：直接合成技术、相干合成技术、偏振合成技术、光谱合成技术、脉冲时序合成技术等。直接合成技术是将多束子激光边靠边的依次并排叠加，或者通过光束整形变换的方法实现多束子激光的光束合成。具有原理简单和稳定性高的优点。但合成后激光的光束质量会随着合成子激光数目的增加而快速下降，因此不利于得到高功率高光束质量的激光输出。相干合成技术是通过高精密控制技术使各子激光满足频率相同、偏振相同、相位差恒定等严格条件，从而实现多束激光的相干合成。这种方法合成效率高，但同时要实现多束子激光的频率、偏振完全一致、相位差恒定，其控制系统的精度要求非常高、实现难度大、系统结构复杂。偏振合成是利用不同偏振状态的两束子激光通过偏振器件(如偏振片等)实现光束合成。这种技术可合成的子激光数量有限，从而导致合成激光功率受限；而且，这种技术对子激光的线偏振度要求很高，而高功率激光存在热退偏等问题，难以保持高的线偏振度，因此在高功率激光合成方面，偏振合成技术受到一定局限。光谱合成技术是利用光栅、棱镜等光学器件实现多束不同波长激光的合成，由于光谱合成不需对各子激光的相位、偏振、以及振幅进行控制就能实现合成光束在远场和近场保持较好的重叠，因此受到广泛关注。但此方法需要采用不同波长的多台激光器，因此合成子激光数量受激光输出波长和光栅光谱宽度的限制。而且，如果通过减小各子激光波长间隔来增加合成路数时，串扰将导致总的合成效率逐渐下降。因此，利用单个光栅可实现多路子激光合成，但因子激光输出波长、光栅光谱宽度以及串扰效应的限制，合成子激光数量受限，因此通过光栅光谱合成实现的激光合成输出功率也受到一定限制。脉冲时序合成技术是以多个脉冲激光器为子激光，通过一定光路，使各个脉冲激光器的光束按一定时间顺序发射，但多路子激光空间重合，从而实现时序上的光束合成，可以大大提高激光平均功率。目前，脉冲时序合成技术主要有偏振式时序合成和机械式时序合成。其中，偏振式脉冲时序合成技术利用电光调制等方式控制各子激光的偏振态改变，并通过偏振器件实现各子激光束合成。这种方法需要各子激光保持高线偏振度以保障合成效率，但由于热畸变导致的退偏问题，高功率激光不利于保持高线偏振度，因此这个技术会影响高功率激光的合成效率。机械式时序合成则不存在上述因热畸变导致退偏而降低光束合成效率的问题，因此相对来说更加适用于高功率激光的合成。目前，机械式时序合成是顺序发射各子激光，使各子激光通过若干次反射形成空间重合(为便于描述，下文中将最终形成空间重合的所在光路称为主光路)以达到光束合成的目的。参考文献《激光与红外》，2006年，Vol.36,No.10,925～926页所公开的多路高功率激光器技术就是一种典型的机械式时序合成技术。分析该多路高功率激光器技术可以看出，为使各子激光空间重合，需要使用多个反射镜将不同位置的各子激光器输出的子激光传输至主光路上。而多个子激光的光路中的反射镜有时会处于其它子激光的光路上，易形成相互干扰，因此需要有同步设备高精度控制各反射镜移动，使其在相应子激光器发射脉冲激光时，恰好移动至光路中所需位置，而相应激光器不发射脉冲激光时，则移出光路以免干扰其它子激光进入主光路。这种方案的光路中每个合成模块仅能增加一路合成子激光，合成N路子激光，系统需N－1个合成电机及转镜，因此随着合成子激光路数的增加，系统的复杂程度及对同步控制精度的要求也增大。综上所述，每一种激光合成技术都有其独特的优势，但是每一种激光合成技术在实现高功率、高光束质量的激光合成上均受到不同程度、不同方面的限制。有鉴于此，亟需提供一种高光束质量、高功率的激光合成装置。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题就是如何提供一种高光束质量、高功率的激光合成装置。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于衍射光栅的激光光束脉冲时序合成装置，包括两组以上脉冲激光器组，与每个所述脉冲激光器组配合的光栅，以及同步控制装置；其中，至少一个所述脉冲激光器组中包括两个以上不同波长的子激光器；所述光栅可相对所述脉冲激光器组做周期运动；所述同步控制装置用于实现所述脉冲激光器组的开启停止与所述光栅进入和离开工作位置之间的同步，并且当所述光栅处于所述脉冲激光器组的工作位置时，所述脉冲激光器组的各子激光器同时发射脉冲激光，并且第i个子激光器输出的脉冲激光与所述光栅之间满足光栅方程d(sinαi±sinβ)＝mλi(m＝0,±1,±2…)，所述同步控制装置向所述脉冲激光器组发出指令，触发其输出脉冲激光，使得所述脉冲激光在所述光栅的衍射作用下进入预设的主光路；其中，d为光栅常数，αi为第i个子激光发射的脉冲激光到光栅的入射角度，β为脉冲激光经过光栅后的衍射角，m为光谱级数，λi为第i个子激光发射的脉冲激光的波长；所述光栅离开与之对应的所述脉冲激光器组的工作位置时，不阻挡其他脉冲激光器组输出的脉冲激光进入主光路。优选地，还包括位置传感器；所述位置传感器用于监测所述光栅的位置，并且将监测结果发送给所述同步控制装置。优选地，所有所述脉冲激光器组与同一个光栅配合；所述光栅绕以固定周期自转，且转动过程中依次经过所有所述脉冲激光器组的工作位置。优选地，每个所述脉冲激光器组与各自的光栅配合；所述脉冲激光器组的位置固定，所有所述光栅安装在传动装置上；所述传动装置与所述同步控制装置连接，使得所述同步控制装置获取所述传动装置中光栅的位置信息；所述传动装置包括电机和主传动件；所述电机驱动所述主传动件运动；所述光栅安装在所述主传动件上，并在所述主传动件的带动下，朝同一个方向做周期运动，使得所述光栅依次到达与之对应的所述脉冲激光器组的工作位置。优选地，所述主传动件包括带轮和传动带；所述传动带安装于所述带轮上，并在电机的驱动下，带动所述光栅做周期平移运动；其中，所述脉冲激光器组沿所述传动带传动方向依次分布；所有所述脉冲激光器组的脉冲激光的入射点相同；所述传动带带动所有所述光栅依次经过所述入射点，并且各个所述光栅在所述传动带上的固定位置满足所述与之配合的脉冲激光器组的入射角度要求，使得所述脉冲激光器组输出的脉冲激光经过光栅衍射后进入主光路。优选地，所述主传动件为转轴；所述脉冲激光器组沿所述转轴的轴向依次分布在转轴的一侧，并且所有所述脉冲激光器组位于同一平面上；每个所述脉冲激光器组的各个子激光器分别位于所述主光路的两侧；所述光栅安装在与之配合的所述脉冲激光器组的激光传输方向上；且所述光栅与所述脉冲激光器组在轴向上间隔分布；所述光栅沿所述转轴的周向依次分布，使得所述光栅在转轴转动时，依次经过所有所述脉冲激光器组所在的平面，并和所述主光路相交；并且，所述光栅在所述转轴上的固定位置满足所述与之配合的脉冲激光器组的入射角度要求。优选地，所述转轴带动所述固定底座上的光栅做扇形往复运动。优选地，还包括一台激光输出方向位于所述主光路上的激光器。优选地，每个所述脉冲激光器组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于衍射光栅的激光光束脉冲时序合成装置，其特征在于，包括两组以上脉冲激光器组，与所述每个脉冲激光器组配合的光栅，以及同步控制装置；其中，至少一个所述脉冲激光器组中包括两个以上不同波长的子激光器；所述光栅可相对所述脉冲激光器组做周期运动；所述同步控制装置用于实现所述脉冲激光器组的开启停止与所述光栅进入和离开工作位置之间的同步，并且当所述光栅处于所述脉冲激光器组的工作位置时，所述脉冲激光器组的各子激光器同时发射脉冲激光，并且第i个子激光器输出的脉冲激光与所述光栅之间满足光栅方程d(sinαi±sinβ)＝mλi(m＝0,±1,±2…)，所述同步控制装置向所述脉冲激光器组发出指令，触发其输出脉冲激光，使得所述脉冲激光在所述光栅的衍射作用下进入预设的主光路；其中，d为光栅常数，αi为第i个子激光发射的脉冲激光到光栅的入射角度，β为脉冲激光经过光栅后的衍射角，m为光谱级数，λi为第i个子激光发射的脉冲激光的波长；所述光栅离开与之对应的所述脉冲激光器组的工作位置时，不阻挡其他脉冲激光器组输出的脉冲激光进入主光路。

【技术特征摘要】
1.一种基于衍射光栅的激光光束脉冲时序合成装置，其特征在于，包括两组以上脉冲激光器组，与每个所述脉冲激光器组配合的光栅，以及同步控制装置；其中，至少一个所述脉冲激光器组中包括两个以上不同波长的子激光器；所述光栅相对所述脉冲激光器组做周期运动；所述同步控制装置用于实现所述脉冲激光器组的开启停止与所述光栅进入和离开工作位置之间的同步，并且当所述光栅处于所述脉冲激光器组的工作位置时，所述脉冲激光器组的各子激光器同时发射脉冲激光，并且第i个子激光器输出的脉冲激光与所述光栅之间满足光栅方程d(sinαi±sinβ)＝mλi(m＝0,±1,±2…)，所述同步控制装置向所述脉冲激光器组发出指令，触发其输出脉冲激光，使得所述脉冲激光在所述光栅的衍射作用下进入预设的主光路；其中，d为光栅常数，αi为第i个子激光器发射的脉冲激光到光栅的入射角度，β为脉冲激光经过光栅后的衍射角，m为光谱级数，λi为第i个子激光器发射的脉冲激光的波长；所述光栅离开与之对应的所述脉冲激光器组的工作位置时，不阻挡其他脉冲激光器组输出的脉冲激光进入主光路；每个所述脉冲激光器组与各自的光栅配合；所述脉冲激光器组的位置固定，所有所述光栅安装在传动装置上；所述传动装置与所述同步控制装置连接，使得所述同步控制装置获取所述传动装置中光栅的位置信息；所述传动装置包括电机和主传动件；所述电机驱动所述主传动件运动；所述光栅安装在所述主传动件上，并在所述主传动件的带动下，朝同一个方向做周期运动，使得所述光栅依次到达与之对应的所述脉冲激光器组的工作位置。2.根据权利要求1所述的基于衍射光栅的激光光束脉冲时序合成装置，其特征在于，还包括位置传感器；所述位置传感器用于监测所述光栅的位置，并且将监测结果发送给所述同步控制装置。3.根据权利要求1所述的基于衍射光栅的激光光束脉冲时序合成装置，其特征在于，所述主传动件包括带轮和传动带；所述传动带安装于所述带轮上，并在电机的驱动下，带动所述光栅做周期平移运动；其中，所述脉冲激光器组沿所述传动带传动方向依次分布；所有所述脉冲激光器组的脉冲激光的入射点相同；所述传动带带动所有所述光栅依次经过所述入射点，并且各个所述光栅在所述传动带上的固定位置满足所述与之配合的脉冲激光器组的入射角度要求，使得所述脉冲激光器组输出的脉冲激光经过光栅衍射后进入主光路。4.根据权利要求1所述的基于衍射光栅的激光光束脉冲时序合成装置，其特征在于，所述主传动件为转轴；所述脉冲激光器组沿所述转轴的轴向依次分布在转轴的一侧，并且所有所述脉冲激光器组位于同一平面上；每个所述脉冲激光器组的各个子激光器分别位于所述主...

【专利技术属性】
技术研发人员：高宏伟，韩琳，彭钦军，薄勇，徐一汀，徐健，许家林，许祖彦，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11